一种高频高压电源的研制

论文摘要

介质阻挡放电是低温等离子体发生的主要方式之一,被广泛用于臭氧产生、材料表面改性等领域,受到人们的关注。介质阻挡放电采用高压交流电源供电,因此,电源输出的波形、电压和频率,以及匹配负载能力等特性直接关系到介质阻挡放电等离子体的应用效果。本文依据逆变调频和高频升压的电路原理,对电源的整流电路、斩波电路、逆变电路、控制电路、驱动及保护电路、显示电路,以及高频变压器的结构参数及绕制方法等进行了详细的分析和设计,给出了高频高压电源的整体设计方法,并对整机进行调试给出了调试波形,制作了电源样机。其中,样机由两部分构成,即变频电源单元和高频升压单元。该变频电源输出指标为:方波输出;电压有效值0～220V;频率为50Hz-20kHz连续可调;数字显示。高频升压变压器性能指标为:变比为1:70;配合变频电源可实现高压输出20kV（最大值）可调,频率5k-20kHz可调。同时该变频电源可匹配低频变压器,在1kHz以下实现中频高压输出,具有很好的耐负载能力。本设计制作的高频高压电源应用于同轴圆柱式的介质阻挡放电臭氧发生器中,负载接入后电源输出特性基本不变;当采用空气供气,气体流量0.06m3/h,电压有效值15kV,频率20kHz时臭氧产生量为18g/m3,与50Hz高压电源供电比较,能量利用效率显著提高,达到本文的研究目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 逆变电源国内外发展现状与趋势
• 1.3 高频高压电源研制的难点
• 1.4 介质阻挡放电概述
• 1.5 本文的主要意义与主要内容
• 2 电源电路设计
• 2.1 工作原理概述
• 2.2 输入整流滤波电路
• 2.2.1 整流滤波电路
• 2.2.2 滤波软启动电路
• 2.3 调压电路
• 2.3.1 调压电路分析
• 2.3.2 本设计采用的电路图及器件型号
• 2.4 逆变电路
• 2.4.1 各种逆变电路比较
• 2.4.2 全桥逆变电路工作分析
• 2.4.3 开关器件的选取
• 2.4.4 本设计中的逆变电路图及波形
• 2.5 PWM控制电路
• 2.5.1 脉宽调制（PWM）原理
• 2.5.2 SG3525开关电源集成控制器原理
• 2.5.3 本设计采用的控制电路
• 2.6 栅极驱动电路
• 2.6.1 IGBT栅极驱动电路设计原则
• 2.6.2 TLP250介绍
• 2.6.3 本设计驱动电路
• 2.7 测量及显示电路
• 2.7.1 数字频率计的原理及设计
• 2.7.2 数字电压表的设计
• 2.8 保护及缓冲电路
• 2.8.1 过流保护电路
• 2.8.2 缓冲电路
• 2.9 热设计与机箱结构设计
• 2.9.1 开关管及二极管的散热设计
• 2.9.2 机箱结构设计
• 3 高频高压变压器设计
• 3.1 高压变压器的分布参数
• 3.2 磁芯材料
• 3.3 绝缘及线包结构设计
• 3.4 高频高压变压器的设计
• 3.4.1 变压器的性能指标及电路形式
• 3.4.2 主要参数的确定
• 4 电磁兼容与印刷电路板（PCB）布线
• 4.1 电磁兼容问题
• 4.1.1 逆变电源与市电之间的电磁兼容
• 4.1.2 整流滤波电路与逆变电路间的电磁兼容问题
• 4.1.3 其他措施
• 4.2 PCB电路设计的一般原则
• 4.2.1 PCB电路中常见的电磁干扰
• 4.2.2 设计中的抗电磁干扰措施
• 5 样机调试与实验结果分析
• 5.1 电源单元电路调试与分析
• 5.2 电源性能测试
• 结论
• 参考文献
• 附录A 实物照片
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢